第8章 AD和DA转换模块设计

#include<intrins.h> unsigned int a,b; sbit di=P3^7; sbit clock=P3^6; sbit cs=P3^5;
//移位函数头文件 //定义变量 //定义串行输入口 //定义时钟位 //定义片选位
/******************************************/ /* 延时子程序 */ /******************************************/ void delay(unsigned int z) { unsigned int x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=114;y>0;y--); } void _nop_(); //空操作 较短延时 /******************************************/ /* 主程序 */ /******************************************/ void main()
di=0; clock=1; _nop_(); _nop_(); clock=0; _nop_(); _nop_(); a=a<<1; //调用延时
} cs=1; b=b+1000; a=b; delay(500);
}
//送数完成 //送入的数字量加1
} /*********************************************************** 实验名称：数模转换 实验现象：从数模转换端口可测得电压值 ***********************************************************/ #ind _nop_(); //空操作 较短延时 /******************************************/ /* 主程序 */ /******************************************/ void main() { while(1) { unsigned char i; cs=1; //初始化 clock=0; cs=0; di=1; for(i=12;i>0;) //送数 { i--; if(a&0x8000) //取第一位 di=1; else
• • • • •
DOUT ,用于级联的串行数据输出; AGND ,模拟地; REFIN ,基准电压输入端; OUT ,DAC 模拟电压输出端; VDD ,正电源电压端。
8.1 串行A/DTLC1543接口电路设计
• 本节将介绍一种多通道串行A/D转换器TLC1543的功能特 点和工作过程，讨论了器件工作方式的选择，以及器件的 工作时序，并给出了TLC1543的实际应用接口电路及软件 设计。
8.1.1 概述
• TLC1543是由TI公司开发的开关电容式AD转换器，该芯 片具有如下的一些特点：10位精度、11通道、三种内建的 自测模式、提供EOC（转换完成）信号等。该芯片与单片 机的接口采用串行接口方式，引线很少，与单片机连接简 单。 • TLC1543的引脚如图8-1所示。
第8章 A/D和D/A转换模块设计
• 单片机应用系统中，外部设备不一定都是数字式的，也经常 会和模拟式的设备连接。例如，当用单片机来控制温度、压 力时，温度和压力都是连续变化的，都是模拟量，在单片机 与这类外部环境通信的时候，就需要有一种转换器来把模拟 信号转换为数字信号，以便能够输入单片机进行处理。而单 片机传出的控制信号，也必须经过变换变成模拟信号，才能 被模拟电路接受。这种变换器就成为模数（AD）、数模（ DA）转换器。本章将重点介绍A/D、D/A转换器接口，以及 相关应用。
#include<reg52.h> #include<intrins.h> unsigned int a,b;
sbit di=P3^7; sbit clock=P3^6; sbit cs=P3^5;
//移位函数头文件 //定义变量 //定义串行输入口 //定义时钟位 //定义片选位
/******************************************/ /* 延时子程序 */ /******************************************/ void delay(unsigned int z) { unsigned int x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=114;y>0;y--); }
{ while(1) { unsigned char i; cs=1; //初始化 clock=0; cs=0; di=1; for(i=12;i>0;) //送数 { i--; if(a&0x8000) //取第一位 di=1; else di=0; clock=1; _nop_(); //调用延时 _nop_(); clock=0; _nop_(); _nop_();
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Vcc EOC I/O CLOCK ADDRESS DATA OUT __ CS REF+ REFA10 A9
• A0~A10是11路输入； • Vcc和GND分别是电源引脚； • REF+和REF-分别是参考电源的正负引脚，使用时一般将 REF-接到系统的地，达到一点接地的要求，以减少干扰； • CS为片选端，如不需选片，可直接接地； • I/O Clock是芯片的时钟端； • Adress是地址选择端； • Data Out是数据输出端，这三根引脚分别接到CPU的三个I/O 端即可； • EOC用于指示一次AD转换已完成，CPU可以读取数据，该 引脚是低电平有效，根据需要，该引脚可接入CPU的中断引 脚，一旦数据转换完成，向CPU提出中断请求；此外，也可 将该引脚接入一个普通的I/O引脚，CPU通过查询该引脚的状 态来了解当前的状态，甚至该引脚也可以不接，在CPU向 TLC154发出转换命令后，过一段固定的时间去读取数据即 可。
8.1.2 工作过程 • TLC1543的工作过程分为两个周期：I/O周期和实际转换周期 。 • 1. I/O周期 • 一开始，CS为高，I/O CLOCK和ADRESS被禁止以及为 DATAOUT高阻状态。当串行口使CS变低，开始转换过程， I/O CLOCK和ADRESS使能，并使DATAOUT端脱离高阻状 态。在I/O CLOCK的前4个脉冲上升沿，以MSB前导方式从 ADRESS口输入4位数据流到地址寄存器。这4位为模拟通道 地址，控制14通道模拟多路器从11个模拟输入和3个内部自 测电压中（其选择格式见表8-1），选通一路送到采样—保持 电路，该电路从第4个I/O CLOCK的下降沿开始对所选模拟 输入进行采样，采样一直持续6个I/O CLOCK周期，保持到 第10个I/O CLOCK的下降沿。
所用串行时钟脉冲的数目也取决于工作的方式，从10个到16个不等，但要开始进行转 换，至少需要10个时钟脉冲。在第10个时钟的下降沿EOC输出变低，而当转换完成时 回到逻辑高电平。需要说明的是：如果I/0 CLOCK的传送多于10个时钟，在第10个时 钟的下降沿内部逻辑也将DATAOUT变低以保证剩下的各位的值是零。 2. 转换周期 见前所述，转换开始于第4个I/O CLOCK的下降沿之后，片内转换器对采样值进行逐 次逼近式A/D转换，其工作由I/O CLOCK同步了的内部时钟控制。转换结果锁存在输 出数据寄存器中，待下一个I/O CLOCK周期输出。
8.1.3 工作时序
其工作过程分为两个周期：访问周期和采样周期。工作状态由CS使能或禁止，工作时 CS必须置低电平。CS为高电平时，I/O CLOCK、ADDRESS被禁止，同时DATAOUT 为高阻状态。当CPU使CS变低时，TLC1543开始数据转换，I/O CLOCK、ADDRESS 使能，DATAOUT脱离高阻状态。随后，CPU向ADDRESS端提供4位通道地址，控制 14个模拟通道选择器从11个外部模拟输入和3个内部自测电压中选通1路送 到采样保 持电路。同时，I/O CLOCK端输入时钟时序，CPU从DATAOUT端接收前一次A/D转换 结果。I/O CLOCK从CPU接受10个时钟长度的时钟序列。前4个时钟用4位地址从
表 8- 1 方式 快 速 方 式 慢方 速式 方式 1 方式 2 方式 3 方式 4 方式 5 方式 6 CS 转换周期时为高 连续低 转换周期时为高 连续低 转换周期时为高 连续低
工作方式 时钟数 10 10 11~16 16 11~16 16 DATEOUT 端的 MSB CS 下降沿 EOC 上升沿 CS 下降沿 EOC 上升沿 CS 下降沿 第 16 个时钟下降沿
注：Vref+为加到 TLC1543 REF+端的电压，Vref-是加到 REF-端的电压
同时，串口也从DATAOUT端接收前一次转换的结果。它以MSD前导方式 DATAOUT输出，但MSB出现在DATAOUT端的时刻取决于串行接口时序。 TLC1543可以用6种基本串行接口时序方式，这些方式取决于I/0 CLOCK 的速度与CS的工作，如表8-2所示。
表 8- 1 功能选择 A0 模 拟 输 入 通 道 A5 A6 A7 A8 A9 A10 测 电 试 压 (Vref++ Vref-)/2 VrefVref+ A1 A2 A3 A4
输入寄存器格式 输入地址寄存器值(二进制) 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101
a=a<<1; } cs=1; b=b+1000; a=b; delay(500); } } //送数完成 //送入的数字量加1